专利名称：基于ccd阵列摄像技术的桥梁表观状态自动检测装置及其方法
技术领域：
本发明涉及自动检测技术，具体说就是一种基于CCD阵列摄像技术的桥梁表观状态自动检测装置及其方法。
背景技术：
交通运输是一个国家的经济命脉，道路和桥梁是使交通运输能够畅通无阻的载体，桥梁结构作为交通枢纽更是起着至关重要的作用。我国很多公路桥梁处于山区或跨越江河，随着服役时间的增加，桥梁结构难免会出现各种各样的疲劳和损伤，大多数桥梁结构的缺陷主要产生在桥梁底部。对于大型的混凝土桥梁，桥梁的裂缝是需要检测评估的主要问题之一，大多数的结构裂纹都产生在桥梁底部，使得检测特别困难。据不完全统计，每年损坏的桥梁有90%以上是由裂缝引起的。随着桥梁结构形式的日趋大型化、复杂化，质量要求日趋严格，桥梁结构的裂缝检测问题成为具有相当普遍性的技术难题。目前常用的桥梁结构裂纹人工检测方法效率低下，且具有一定的危险性。因此采用客观、有效的桥梁缺陷检测技术，对桥梁结构缺陷的损害程度进行评定具有重要的理论意义和实用价值。

发明内容
本发明的目的在于提供一种通过CXD自动数据采集处理系统直接给出判别结果、 节省时间、提高工效的基于CCD阵列摄像技术的桥梁表观状态自动检测装置及其方法。本发明的目的是这样实现的它是由C⑶摄像机阵列、扫查架、图像采集卡、计算机和检测车组成的，其特征在于CCD摄像机阵列安装在扫查架上，扫查架底部固定在位于桥面或桥下的检测车上，CCD摄像机阵列通过导线与图像采集卡相连，图像采集卡安装在计算机上。本发明还具有如下特征1、所述的CCD摄像机阵列包括多台型号相同、具有高图像分辨率的CCD摄像机并列连接，CXD摄像机包括光学镜头与CXD传感器连接，光学镜头与CXD传感器相兼容；CXD摄像机的数量由被检测的桥梁宽度、检测距离和CCD摄像机成像耙面尺寸决定，其中一台CCD 摄像机用于桥梁侧面检测，余下的CCD摄像机用于桥梁底部垂直检测。2、所述的图像采集卡为多路图像采集卡。3、一种基于CCD阵列摄像技术的桥梁表观状态自动检测方法，方法如下(一 )图像滤波去噪方法桥梁底部表观图像在传输过程中带来了各种噪声，噪声干扰在很大程度上降低了图像质量，给缺陷检测识别带来很大的困难，故在对缺陷图像进行特征提取之前，需要对这些噪声进行平滑处理，图像平滑的处理方法主要有多图像平均法、中值滤波法和加权邻域平均去噪算法，为了保存比较完整的图像信息，首先对桥梁表面缺陷图像采用灰度级插值的方法进行插值运算，然后，综合运用中值滤波法和加权邻域平均去噪算法去除桥梁表面缺陷图像中的大部分噪声，且能够比较有效的保存良好的缺陷图像信息；(二)特征提取匹配方法在滤波去噪方法的基础上，表观缺陷图像特征点的提取匹配是通过寻找出邻近两幅图像中特征点之间相互的对应关系，从而确定出同一个特征点分别在两幅图像中的坐标，以便进行图像拼接融合；常用的图像的特征点提取方法有Harris角点提取算法、SUSAN角点提取算法和 SIFT特征点提取算法，由于SIFT特征点提取算法的总体性能优于其它算法，提取的特征点具有良好的几何稳定性，选用了 SIFT特征点提取算法来提取桥梁底部表观缺陷图像的特征点。SIFT特征点提取算法是基于图像特征尺度选择的思想，建立图像的多尺度空间， 将图像通过不同尺度的高斯核函数连续滤波和降采样形成高斯金字塔图像，再对相邻尺度两个高斯图像相减得到高斯差分DOG尺度空间，在DOG尺度空间下每个点与相邻尺度和相邻位置的点逐个比较，得到局部极值位置即为特征点所处的位置和对应的尺度，通过曲面拟合的方法对特征点进行进一步的精确定位，并删除一些对比度较低的点以及边缘相应占.缺陷图像的特征匹配是基于表观图象的几何特征进行相似度的比较，由于几何特征本身的稀疏性和不连续性，特征匹配方式只能获得稀疏的深度图，需要各种内插方法才能最后完成整幅深度图的提取工作。在SIFT特征点提取算法的基础上，比较各种插值方法最终选用了最近邻插值方法方法进行特征匹配，所以采用最近邻特征点距离与次近邻特征点距离的比值来对特征点进行匹配穷举法能够找到最精确的最近邻距离。(三)图像拼接融合方法图像拼接融合的目的是要得到一幅无缝的桥梁底部表观缺陷的整体图像用于缺陷的损伤分析，实现无缝的图像拼接需要对拼接处进行平滑处理以消除拼接痕迹，得到高清晰的大幅的图片。桥梁底部表观缺陷图像的拼接融合分两步实现1)图像合并图像合并是将相邻两幅图像拼接到同一个坐标空间内，使两幅图像成为一幅图像。在经过图像特征匹配以后，两幅图像产生了一对一一对应的特征点集合；为了要对两幅图像进行拼接，需要估算出两幅图像之间的变换矩阵H。获得变换矩阵H需要将待拼接图像映射到参考图像坐标空间中，使用后向映射法；首先将待拼接图像的4个边界坐标映射到参考图像坐标系中，从而确定待拼接图像在参考图像中的映射图像范围；然后在该范围内逐行、逐像素进行扫描，通过变换矩阵的逆矩阵后向映射到待拼接图像坐标系中寻找对应的输入像素点；如果后向映射的输入像素点为整数坐标，则直接取该像素值为参考图像坐标系的输出像素值；如果后向映射的输入像素点不是整数坐标，通过双线性插值法从该像素点最临近的4个像素中计算出一个插值作为该输出像素点的像素值。直到全部像素扫描完成，获得待拼接图像在参考图像坐标系中的映射图像。2)消除拼缝在图像拼接过程中，非重叠区域分别属于待拼接图像和参考图像的像素仍然可以取原来各自的像素灰度，而重叠区域内像素的灰度选取则需要慎重考虑，对于重叠区域，如果简单地选取其中任何一幅图像的像素会噪声图像的模糊或使拼接过程产生缝隙，要消除图像缝隙，采取重叠区域线性过渡方法来消除重叠区域的拼接缝问题。重叠区域线性过渡方法是假设重叠区域宽度为L，取一过渡因子σ (0 < σ < 1)， 两幅图像重叠区域的X轴和y轴的最大值和最小值分Xmax，Xmin和Ymax，Ymin那么设过渡因子
权利要求
1.一种基于CCD阵列摄像技术的桥梁表观状态自动检测装置，它是由CCD摄像机阵列、 扫查架、图像采集卡、计算机、检测管理软件和检测车组成的，其特征在于CCD摄像机阵列安装在扫查架上，扫查架底部固定在位于桥面或桥下的检测车上，CCD摄像机阵列通过导线与图像采集卡相连，图像采集卡安装在计算机上，CCD摄像机阵列实时将同一时刻桥梁底部和侧面缺陷图像传送到计算机中，通过检测管理软件实现桥梁表观缺陷图像的合成、处理、 缺陷识别及数据管理。
2.根据权利要求1所述的一种基于CCD阵列摄像技术的桥梁表观状态自动检测装置， 其特征在于所述的CCD摄像机阵列包括多台型号相同、具有高图像分辨率的CCD摄像机并列连接，CXD摄像机包括光学镜头与CXD传感器连接，光学镜头与CXD传感器相兼容；CXD摄像机的数量由被检测的桥梁宽度、检测距离和CCD摄像机成像耙面尺寸决定，其中一台CCD 摄像机用于桥梁侧面检测，余下的CCD摄像机用于桥梁底部垂直检测；
3.根据权利要求1所述的一种基于CCD阵列摄像技术的桥梁表观状态自动检测装置， 其特征在于所述的图像采集卡为多路图像采集卡；
4.一种基于CCD阵列摄像技术的桥梁表观状态自动检测方法，其特征在于，方法如下(一)图像滤波去噪方法桥梁底部表观图像在传输过程中带来了各种噪声，噪声干扰在很大程度上降低了图像质量，给缺陷检测识别带来很大的困难，故在对缺陷图像进行特征提取之前，需要对这些噪声进行平滑处理，图像平滑的处理方法主要有多图像平均法、中值滤波法和加权邻域平均去噪算法，为了保存比较完整的图像信息，首先对桥梁表面缺陷图像采用灰度级插值的方法进行插值运算，然后，综合运用中值滤波法和加权邻域平均去噪算法去除桥梁表面缺陷图像中的大部分噪声，且能够比较有效的保存良好的缺陷图像信息；(二)特征提取匹配方法在滤波去噪方法的基础上，表观缺陷图像特征点的提取匹配是通过寻找出邻近两幅图像中特征点之间相互的对应关系，从而确定出同一个特征点分别在两幅图像中的坐标，以便进行图像拼接融合；常用的图像的特征点提取方法有Harris角点提取算法、SUSAN角点提取算法和SIFT特征点提取算法，由于SIFT特征点提取算法的总体性能优于其它算法，提取的特征点具有良好的几何稳定性，选用了 SIFT特征点提取算法来提取桥梁底部表观缺陷图像的特征点；SIFT特征点提取算法是基于图像特征尺度选择的思想，建立图像的多尺度空间，将图像通过不同尺度的高斯核函数连续滤波和降采样形成高斯金字塔图像，再对相邻尺度两个高斯图像相减得到高斯差分DOG尺度空间，在DOG尺度空间下每个点与相邻尺度和相邻位置的点逐个比较，得到局部极值位置即为特征点所处的位置和对应的尺度，通过曲面拟合的方法对特征点进行进一步的精确定位，并删除一些对比度较低的点以及边缘相应点；缺陷图像的特征匹配是基于表观图象的几何特征进行相似度的比较，由于几何特征本身的稀疏性和不连续性，特征匹配方式只能获得稀疏的深度图，需要各种内插方法才能最后完成整幅深度图的提取工作；在SIFT特征点提取算法的基础上，比较各种插值方法最终选用了最近邻插值方法方法进行特征匹配，所以采用最近邻特征点距离与次近邻特征点距离的比值来对特征点进行匹配穷举法能够找到最精确的最近邻距离；(三)图像拼接融合方法图像拼接融合的目的是要得到一幅无缝的桥梁底部表观缺陷的整体图像用于缺陷的损伤分析，实现无缝的图像拼接需要对拼接处进行平滑处理以消除拼接痕迹，得到高清晰的大幅的图片；桥梁底部表观缺陷图像的拼接融合分两步实现1)图像合并图像合并是将相邻两幅图像拼接到同一个坐标空间内，使两幅图像成为一幅图像；在经过图像特征匹配以后，两幅图像产生了一对一一对应的特征点集合；为了要对两幅图像进行拼接，需要估算出两幅图像之间的变换矩阵H ；获得变换矩阵H需要将待拼接图像映射到参考图像坐标空间中，使用后向映射法；首先将待拼接图像的4个边界坐标映射到参考图像坐标系中，从而确定待拼接图像在参考图像中的映射图像范围；然后在该范围内逐行、逐像素进行扫描，通过变换矩阵的逆矩阵后向映射到待拼接图像坐标系中寻找对应的输入像素点；如果后向映射的输入像素点为整数坐标，则直接取该像素值为参考图像坐标系的输出像素值；如果后向映射的输入像素点不是整数坐标，通过双线性插值法从该像素点最临近的4个像素中计算出一个插值作为该输出像素点的像素值；直到全部像素扫描完成，获得待拼接图像在参考图像坐标系中的映射图像；2)消除拼缝在图像拼接过程中，非重叠区域分别属于待拼接图像和参考图像的像素仍然可以取原来各自的像素灰度，而重叠区域内像素的灰度选取则需要慎重考虑，对于重叠区域，如果简单地选取其中任何一幅图像的像素会噪声图像的模糊或使拼接过程产生缝隙，要消除图像缝隙，采取重叠区域线性过渡方法来消除重叠区域的拼接缝问题；重叠区域线性过渡方法是假设重叠区域宽度为L，取一过渡因子σ σ <1)，两幅图像重叠区域的χ轴和y轴的最大值和最小值分Xmax，Xmin和Ymax，Ymin那么设过渡因子
全文摘要
一种基于CCD阵列摄像技术的桥梁表观状态自动检测装置及其方法，它是由CCD摄像机阵列、扫查架、图像采集卡、计算机、检测管理软件和检测车组成的，其特征在于CCD摄像机阵列安装在扫查架上，扫查架底部固定在位于桥面或桥下的检测车上，CCD摄像机阵列通过导线与图像采集卡相连，图像采集卡安装在计算机上，CCD摄像机阵列实时将同一时刻桥梁底部和侧面缺陷图像传送到计算机中，通过检测管理软件实现桥梁表观缺陷图像的合成、处理、缺陷识别及数据管理。本发明将计算机视频技术应用于桥梁表面缺陷检测中，通过可靠的CCD自动数据采集处理系统直接给出判别结果，节省时间，提高工作效率与精度，并能保证桥梁的正常运营状况。
文档编号G01N21/88GK102183525SQ201110023028
公开日2011年9月14日 申请日期2011年1月20日 优先权日2011年1月20日
发明者单宝华, 杨宇 申请人:单宝华, 杨宇